RU2843318C1 - Рама тележки железнодорожного транспортного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к конструкции рамы тележки железнодорожного транспортного средства. Рама тележки железнодорожного транспортного средства состоит из сваренных между собой двух продольных и двух поперечных балок коробчатого сечения. Продольные балки в центральной части имеют выгибы в вертикальной плоскости с вваренными в них опорными площадками для пружин центрального подвешивания, а по концам имеют вваренные цилиндрические втулки для установки пружин буксового подвешивания. Опорные площадки состоят из опорных листов и обечаек, к опорным площадкам приварены кронштейны для установки гидравлических демпферов. К нижним листам продольных балок в зоне окончания центрального выгиба установлены кронштейны для крепления буксы. Каждая опорная площадка состоит из опорного листа, двух обечаек, двух вертикальных поперечных листов и опорного короба. Опорный лист закреплен на опорном коробе, который включает в себя П-образную боковую стену и внешний лист, внутри которых расположены приваренные к опорному листу и вертикальному листу продольной балки ребра жесткости и профильный уголок. Угол изгиба нижнего листа продольной балки составляет 42-52°, а угол изгиба верхнего листа продольной балки – 35-45°. Технический результат заключается в увеличении несущей способности и повышении усталостной прочности рамы. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к железнодорожному транспорту и касается конструкции рамы тележки железнодорожного транспортного средства.

Известно техническое решение - конструкция рамы тележки модели 68-4075 (68-4076) (Бачурин Н.С., Колясов К.М., Черепов О.В. «Ходовые части грузовых и пассажирских вагонов: учебно-методическое пособие для вузов железнодорожного транспорта» - Екатеринбург: УрГУПС, 2007. - 61 с.), состоящая из двух продольных и двух поперечных балок. Продольные балки в центральной части имеют выгибы в вертикальном направлении с вваренными в них вынесенными консольно в поперечном направлении поддонами, на которые устанавливаются пружины центрального подвешивания, а по концам они имеют вваренные цилиндры для установки буксового подвешивания. Продольные балки соединяются между собой поперечными балками. На раме монтируются кронштейны поводков, кронштейны, для вертикальных гасителей, кронштейны для горизонтальных гасителей, кронштейны для крепления тормозных блоков, скользуны для ограничения перемещения надрессорного бруска, кронштейн для привода ручного тормоза, кронштейны для крепления пневматических цилиндров магниторельсового тормоза.

Недостатком технического решения является образование трещин при эксплуатации тележки, которые требуют дальнейшего ремонта, в зоне продольной балки под поддонами (опорными площадками) вследствие усталостного разрушения продольных балок под действием повторно-переменных нагрузок. Данное обстоятельство ограничивает применимость технического решения в современных пассажирских вагонах с увеличенной массой тары, так как тележка с данной рамой не обладает достаточной несущей способностью с учетом непрерывного характера эксплуатации железнодорожного транспортного средства.

Известно техническое решение - конструкция рамы тележки 68-4118 («Тележка модель 68-4118. Руководство по эксплуатации. 4118.00.000 РЭ», адрес источника в интернет-сети: https://company.rzd.ru/api/media/resources/1977077?action=download&ysclid=mloiwj6rvd626584535), состоящая из двух продольных балок коробчатого сечения, соединенных между собой поперечными балками коробчатого сечения и двумя трубчатыми балками с кронштейнами под установку блоков клещевых механизмов дискового тормоза. На концах продольных балок расположены втулки под установку винтовых пружин буксового подвешивания и кронштейны для установки гидравлических демпферов буксовой ступени рессорного подвешивания, кронштейны для установки горизонтальных гидравлических демпферов виляния. Также продольные балки оснащены кронштейнами для установки торсионного стабилизатора. Поперечная балка оснащена кронштейнами для установки горизонтальных гидравлических демпферов бокового относа.

Недостатком является появление требующих ремонта трещин в кронштейнах для крепления узла буксового подвешивания вследствие наличия в них зон концентрации напряжений. Рама предназначена для установки в тележки, в которых применено пневмоподвешивание без применения надрессорного бруса. Практика применения тележек с пневмоподвешиванием показала их ограниченную применимость для серийных вагонов локомотивной тяги, так как их эксплуатация требует наличия дополнительной обслуживающей инфраструктуры.

В качестве прототипа известной модели выбрано техническое решение - рама тележки модели 68-4096 производства ОАО «Тверской вагоностроительный завод» (Бачурин Н.С., Колясов К.М., Черепов О.В. Ходовые части грузовых и пассажирских вагонов: учебно-методическое пособие для вузов железнодорожного транспорта. - Екатеринбург: УрГУПС, 2007. - 61 с.), состоящая из двух продольных балок и двух поперечных балок. Поперечные балки коробчатого сечения с выгибами в вертикальной плоскости с вваренными в них консольно-вынесенными в наружные стороны поддонами, на которые устанавливаются винтовые пружины центральной ступени рессорного подвешивания. По концам продольных балок вварены цилиндрические втулки под установки винтовых пружин буксовой ступени рессорного подвешивания. Продольные балки оснащены кронштейнами с клиновыми пазами для поводковой связи с колесной парой, кронштейнами для установки продольных поводков, кронштейнами для установки торсионного стабилизатора, кронштейнами установки вертикальных и горизонтальных гидравлических демпферов центральной ступени рессорного подвешивания. Продольные балки соединяются между собой двумя поперечными балками трапецеидального сечения, на которых располагаются консольные кронштейны для установки блоков клещевых механизмов дискового тормоза.

Недостатками прототипа являются недостаточная несущая способность и недостаточно высокие показатели усталостной прочности тележки при эксплуатации в условиях повышенной нагрузки вследствие того, что в области под поддонами (опорными площадками) и в области кронштейна крепления буксовой ступени образуются области концентрации напряжений, в которых образуются необратимые деформации и разрушения, требующие проведения ремонта рамы тележки. С учетом ужесточения требований к несущей способности рам тележек железнодорожного транспортного средства указанные недостатки ограничивают применимость технического решения в современных пассажирских вагонах с увеличенной массой тары.

Технической проблемой изобретения является создание рамы тележки железнодорожного транспортного средства с увеличенной несущей способностью и повышенной эксплуатационной надежностью.

Техническим результатом изобретения является увеличение несущей способности и повышение усталостной прочности рамы тележки железнодорожного транспортного средства.

Технический результат достигается тем, что рама тележки железнодорожного транспортного средства состоит из сваренных между собой двух продольных и двух поперечных балок коробчатого сечения, при этом продольные балки в центральной части имеют выгибы в вертикальной плоскости с вваренными в них консольно-вынесенными в наружные стороны опорными площадками для пружин центрального подвешивания, а по концам имеют вваренные цилиндрические втулки для установки пружин буксового подвешивания, опорные площадки состоят из опорных листов и обечаек, к опорных площадкам приварены кронштейны для установки гидравлических демпферов, к нижним листам продольных балок в зоне окончания центрального выгиба при помощи сварки установлены кронштейны для крепления буксы, а каждая опорная площадка состоит из опорного листа, двух обечаек, двух вертикальных поперечных листов и опорного короба, опорный лист закреплен на опорном коробе, опорный короб устанавливается на выступе нижнего листа продольной балки, опорный короб включает в себя П-образную боковую стену опорного короба и внешний лист, внутри которых расположены приваренные к опорному листу и вертикальному листу продольной балки ребра жесткости и профильный уголок, ребра жесткости и установленный поперек ребер жесткости профильный уголок жестко соединены между собой, кроме того угол изгиба нижнего листа продольной балки a1 составляет 42-52 градуса, а угол изгиба верхнего листа продольной балки а2 составляет 35-45 градусов, кроме того кронштейны для крепления буксы выполнены в виде листов с криволинейными гранями, соприкасающимися с нижними листами продольных балок рамы, с возможностью равномерной передачи нагрузки от буксового узла к раме, при этом каждый кронштейн имеет открытый паз с цилиндрической поверхностью на конце, куда устанавливается осевая втулка резинометаллического шарнира корпуса буксы, кроме того, между двумя продольными балками параллельно поперечным балкам дополнительно размещены трубчатые балки с кронштейнами для установки тормозных блоков клещевых механизмов дискового тормоза.

Данная конструкция позволяет уменьшить напряжения в проблемных зонах продольной балки рамы тележки за счет перераспределения силового потока, в первую очередь в местах зарождения и развития трещин, и, таким образом, повысить эксплуатационную надежность рамы. Наличие опорной площадки предложенной выше конструкции, а также введение поперечного вертикального листа продольной балки обеспечивает равномерное распределение нагрузок между верхними и нижними, а также вертикальными листами продольной балки, что повышает несущую способность и усталостную прочность рамы тележки железнодорожного транспортного средства при эксплуатации в условиях повышенной нагрузки. Также применен кронштейн крепления буксы с криволинейными гранями с увеличенной линией соприкосновения с нижним листом продольной балки рам, с возможностью равномерной передачи нагрузки от буксового узла к раме. Изменение формы несущей конструкции продольной балки за счет уменьшения по сравнению с известными из уровня техники техническими решениями угла изгиба нижнего листа продольной балки a1 и угла изгиба верхнего листа продольной балки a2 позволяет увеличить сопротивление усталости (повысить усталостную прочность) в зонах наиболее нагруженных сварных соединений.

Сущность изобретения поясняется следующими фигурами:

Фиг. 1 - общий вид рамы тележки железнодорожного транспортного средства;

Фиг. 2 - общий вид снизу нижней части рамы тележки железнодорожного транспортного средства;

Фиг. 3 - вид опорной площадки с раскрытием внутренних элементов опорного короба;

Фиг. 4 - вид рамы со стороны продольной балки;

Фиг. 5 - диаграмма распределения напряжений в раме тележки железнодорожного транспортного средства (создана с использованием системы ANSYS).

Рама тележки железнодорожного транспортного средства состоит из сваренных между собой двух продольных 1 и двух поперечных 2 балок коробчатого сечения. Продольные балки 1 в центральной части имеют выгибы в вертикальной плоскости с вваренными в них консольно-вынесенными в наружные стороны опорными площадками 3 для пружин центрального подвешивания, а по концам имеют вваренные цилиндрические втулки для установки пружин буксового подвешивания 4. Каждая опорная площадка 3 состоит из опорного листа 5, двух обечаек 6, двух вертикальных поперечных листов 10 и опорного короба 11, опорный лист 3 закреплен на опорном коробе 11, опорный короб устанавливается на выступе 12 нижнего листа продольной балки 1, опорный короб 11 включает в себя П-образную боковую стену опорного короба 13 и внешний лист 14, внутри которых расположены приваренные к опорному листу и вертикальному листу 15 продольной балки ребра жесткости 16 и профильный уголок 17, ребра жесткости 16 и установленный поперек ребер жесткости профильный уголок 17 жестко соединены между собой. К опорных площадкам приварены кронштейны для установки гидравлических демпферов 7. К нижним листам 8 продольных балок в зоне окончания центрального выгиба при помощи сварки установлены кронштейны 9 для крепления буксы.

Продольные балки в центральной части имеют выгибы в вертикальной плоскости, при этом угол изгиба нижнего листа продольной балки a1 составляет 42-52 градусов, а угол изгиба верхнего листа продольной балки a2 составляет 35-45 градусов. Кронштейны для крепления буксы 9, выполнены в виде листов с криволинейными гранями с увеличенной линией соприкосновения с нижним листом 8 продольной балки рам, с возможностью равномерной передачи нагрузки от буксового узла к раме, при этом каждый кронштейн имеет открытый паз с цилиндрической поверхностью на конце, куда устанавливается осевая втулка резинометаллического шарнира корпуса буксы.

На концах продольных балок 1 размещены кронштейны 19 для установки вертикальных гидравлических демпферов буксовой ступени рессорного подвешивания, соединенные при помощи сварки с нижними листами 8 продольных балок и цилиндрическими опорными втулками 4. К нижним листам на концах продольных балок приварены П-образные кронштейны 20 для установки скоб (скобы на чертежах не показаны), ограничивающих вертикальное перемещение рамы относительно колесных пар при снятии вертикальной нагрузки с тележки железнодорожного транспортного средства.

На диагонально расположенных краях рамы размещены два кронштейна 21 с установленными в них при помощи посадки с натягом коническими цапфами 22 для крепления продольного поводка тележки. К нижним листам продольных балок привариваются кронштейны 23 для установки торсионного стабилизатора. Каждый кронштейн представляет собой вертикальный элемент трапецеидального сечения с опорной поверхностью и со сквозным отверстием под болтовое соединение.

В центральной части верхнего листа поперечной балки расположены кронштейны 24 с отверстиями под болтовое соединение для установки горизонтальных гидравлических демпферов и Г-образные упоры 25 для ограничения вертикального перемещения надрессорной балки при снятии вертикальной нагрузки с тележки железнодорожного транспортного средства.

Между двумя продольными балками параллельно поперечным балкам дополнительно размещены трубчатые балки 18, 26 с кронштейнами 27 для установки тормозных блоков клещевых механизмов дискового тормоза. Наличие трубчатых поперечных балок 18, 26 помимо повышения удобства обслуживания клещевых механизмов дискового тормоза, также распределяет силовые потоки и усиливает конструкцию рамы, позволяя повысить несущую способность рамы тележки. Тормозные блоки подвешиваются к трубчатой балке на кронштейны 27, соединенные при помощи сварки по внешнему контуру трубчатой балки.

В нижней части одной из продольных балок размещены кронштейны 28 для установки скоб (скобы на чертежах не показаны), предохраняющих торсионный стабилизатор от падения на железнодорожные пути.

Пример реализации 1

Разработана рама тележки железнодорожного транспортного средства, представляющая собой Н-образную сварную конструкцию из стального листового проката с габаритными размерами 3120×3010×716 мм, состоящая из сваренных между собой двух продольных и двух поперечных балок коробчатого сечения, продольные балки в центральной части имеют выгибы в вертикальной плоскости с вваренными в них консольно-вынесенными в наружные стороны опорными площадками для пружин центрального подвешивания, а по концам имеют вваренные цилиндрические втулки для установки пружин буксового подвешивания. Каждая опорная площадка состоит из опорного листа, двух обечаек, двух вертикальных поперечных листов и опорного короба, опорный лист закреплен на опорном коробе, опорный короб устанавливается на выступе нижнего листа продольной балки, опорный короб включает в себя П-образную боковую стену опорного короба и внешний лист, внутри которых расположены приваренные к опорному листу и вертикальному листу продольной балки ребра жесткости и профильный уголок, ребра жесткости и установленный поперек ребер жесткости профильный уголок сварены между собой. К опорным площадкам приварены кронштейны для установки гидравлических демпферов, к нижним листам продольных балок в зоне окончания центрального выгиба при помощи сварки установлены кронштейны для крепления буксы. В изготовленных образцах рамы угол изгиба нижнего листа продольной балки a1 составил 47 градусов, а угол изгиба верхнего листа продольной балки а2 составил 39 градусов.

Использован стальной прокат с пределом текучести 355 МПа. Проведен анализ усталостной прочности рамы тележки пассажирского вагона безлюлечного типа с учетом технологии сборки и сварки методом конечных элементов в универсальной программной системе Ansys. Результаты расчета на прочность рамы тележки пассажирского вагона представлены на Фиг. 5. Подтверждено заявляемое распределение напряжений в раме тележки, места концентрации напряжений отсутствуют либо находятся в допустимой зоне, что говорит о повышении усталостной прочности и увеличении несущей способности заявленной конструкции рамы, технический результат достигнут.

Пример использования 2

С использованием предлагаемой конструкции рамы изготовлены опытные образцы тележки железнодорожного транспортного средства с обеспечением нагрузки от оси колесной пары на рельсы не менее 19,5 тс для двухэтажного пассажирского вагона модели 61-4492 с сидячими местами, с массой до 64 тонн. Образцы тележек прошли испытания и в настоящее время готовятся к вводу в эксплуатацию и серийное производство. Несущая способность рамы тележки железнодорожного транспортного средства увеличена, технический результат достигнут.

Claims (3)

1. Рама тележки железнодорожного транспортного средства, состоящая из сваренных между собой двух продольных и двух поперечных балок коробчатого сечения, при этом продольные балки в центральной части имеют выгибы в вертикальной плоскости с вваренными в них консольно-вынесенными в наружные стороны опорными площадками для пружин центрального подвешивания, а по концам имеют вваренные цилиндрические втулки для установки пружин буксового подвешивания, опорные площадки состоят из опорных листов и обечаек, к опорных площадкам приварены кронштейны для установки гидравлических демпферов, к нижним листам продольных балок в зоне окончания центрального выгиба при помощи сварки установлены кронштейны для крепления буксы, отличающаяся тем, что каждая опорная площадка состоит из опорного листа, двух обечаек, двух вертикальных поперечных листов и опорного короба, опорный лист закреплен на опорном коробе, опорный короб устанавливается на выступе нижнего листа продольной балки, опорный короб включает в себя П-образную боковую стену опорного короба и внешний лист, внутри которых расположены приваренные к опорному листу и вертикальному листу продольной балки ребра жесткости и профильный уголок, ребра жесткости и установленный поперек ребер жесткости профильный уголок жестко соединены между собой, кроме того, угол изгиба нижнего листа продольной балки a1 составляет 42-52 градуса, а угол изгиба верхнего листа продольной балки а2 составляет 35-45 градусов.

2. Рама тележки железнодорожного транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что кронштейны для крепления буксы выполнены в виде листов с криволинейными гранями, соприкасающимися с нижними листами продольных балок рамы, при этом каждый кронштейн имеет открытый паз с цилиндрической поверхностью на конце.

3. Рама тележки железнодорожного транспортного средства по п. 1, отличающаяся тем, что между двумя продольными балками параллельно поперечным балкам дополнительно размещены трубчатые балки с кронштейнами для установки тормозных блоков клещевых механизмов дискового тормоза.